HUAWEI 松湖论道 下一代数据中心 白皮书 下一代数据中心白皮书 01 ）前言 前言 人类社会正在加速迈向智能化，比如智能手机、智能家居、智能制造、自动驾驶等正在重塑人们的工 作和生活。作为智能世界和数字经济的坚实底座，数据中心迎来了蓬勃发展。同时，碳中和已经成为 全球的共识和使命，绿色低碳变成世界新的主题，也是数据中心建设、运营必须考虑的重要因素。 面对ICT技术快速演进、建设需求激增以及绿色低碳要求，数据中心产业正在发生深刻变革，将进入 新的时代。 什么是符合新时代需求的“下一代数据中心”？华为携手全球数据中心行业领袖和技术专家，举办了 系列“松湖论道”下一代数据中心研讨会，深入探讨了行业和技术发展趋势，并就下一代数据中心定 义达成重要共识。 未来已来，相信集业界专家智慧共同定义的下一代数据中心，将为产业可持续发展发挥重要作用！ CO2 下一代数据中心白皮书 目录 02 目录 前言 01 智能化与低碳化推动数据中心快速、高质量发展 03 1.1 数字经济促进数据中心快速增长 04 1.2 碳中和对数据中心可持续发展提出新的要求 04 下一代数据中心 05 2.1低碳共生 06 2.1.1全绿色：源头绿色化，与自然共生 06 2.1.2全高效：PUE一→xUE，评价体系从单指标到多指标 07 2.1.3全回收：全生命周期，资源回收利用最大化 08 2.2高 融合极简 09 2.2.1架构极简，孕育建筑与机房新形态 60 2.2.2供电极简，部件重定义，链路重塑 11 2.2.3温控极简，冷热交换效率最大化 12 2.3自动驾驶 13 2.3.1运维自动，实现无人值守 14 2.3.2能效自优，从制冷到“智”冷 14 2.3.3运营自治，资源价值最大化 15 2.4安全可靠 16 2.4.1主动安全，事后到事前，故障快速闭环 17 2.4.2架构安全，从器件到DC，全方位构筑安全防线 17 总结语 18 下一代数据中心白皮书 03 智能化与低碳化推动数据中心快速、高质量发展 01 智能化与低碳化推动数据中心 快速、高质量发展 数字化和低碳化已经成为全球发展的两大确定性趋势。数据中心作为数字世界的底座，新一代的智能 低碳数据中心将成为主流趋势。 智能化与低碳化推动数据中心快速、高质量发展（下一代数据中心白皮书 504 1.1数字经济促进数据中心快速增长 当前，世界正在经历以人工智能、云计算、大数据、 数字经济领域的竞争力。 物联网、5G等为代表的数字技术变革，在加速创新的数 字技术驱动下，数字经济已成为全球GDP增长的主引擎。 数字化渗透到生产生活的方方面面，全球数字疆域不 据中国信通院统计，2020年全球数字经济占GDP比重已 断扩大，并向纵深发展。在遭遇新冠疫情重创的全球经济 达43.7%，数字经济在国民经济中的核心地位不断巩固。 复苏中，数字经济进发出重组全球要素资源、重塑全球经 中国、欧盟、美国都发布了新的愿景：中国在“十四五” 济结构、重构全球竞争格局的磅力量。在后疫情时代， 规划纲要中将数字化发展作为重要的发展方向，并围绕制 数据中心新型基础设施发展势能有望快速释放。 造、能源、农业、医疗、教育、政务等给出了明确的发展 目标。欧盟在其发布的《2030Digital Compass》计划中 数据资源日益成为关键生产要素，数据流量猛增，根 提出2030年75%的企业将使用云计算、大数据和人工 据华为《智能世界2030》报告，预计到2030年，通用算 智能服务，90%以上的中小企业应具备数字技术的基本 力将增长10倍，人工智能算力将增长500倍。庞大的算 水平，并宣布为实现上述自标将加大能源和数字基础设施 力需求为数据中心发展打开新的增长空间，全球数据中心 的投资。美国国家科学理事会（NationalScienceBoard） 产业正进入新一轮快速发展期。据2022年3月Synergy 在其《2030愿景报告》（Vision2030）中也建议未来10 ResearchGroup的最新预测，未来三年内，全球超大型数 年应加大对数据、软件、计算、网络的投资，以保持其在 据中心数量将突破1000个大关，并在此后继续快速增长。 1.2 碳中和对数据中心可持续发展提出新的要求 随着气候变化的加剧，碳中和已成为全球共识，截止 于1.5。欧洲数据中心运营商和行业协会在《欧洲的气候中 自前，已经有130多个国家宣示了碳中和承诺，节能降碳 和数据中心公约》中宣布2030年实现数据中心碳中和。中 成为社会所有行业的共同使命。 国出台《全国一体化大数据中心协同创新体系算力枢纽实施 方案》推动构建全国一体化大数据中心，启动“东数西算” 近年来，数据中心行业蓬勃发展，规模迅速增长，其 工程，促进数据中心绿色可持续发展，加快节能低碳技术的 耗电量也急剧增加。《Uptime全球数据中心报告2021》指 研发应用，要求到2025年新建大型数据中心PUE低于1.3。 出，2014年以来，全球大型数据中心PUE连续7年维持在 1.6的水平，数据中心能效利用率低，函待提高。为推动数 在碳中和目标的驱动下，数据中心行业将产生深刻变 据中心行业的可持续发展，多个国家、国际组织发布数据中 革，数据中心低碳化成为必然趋势，清洁能源的大规模应 心相关政策，如美国政府通过DCOI数据中心优化倡议，要 用，叠光叠储、余热回收等节碳技术发展有效帮助数据中 求新建数据中心PUE低于1.4，老旧改造数据中心PUE低 心实现可持续发展。 下一代数据中心白皮书 05 下一代数据中心 02 下一代数据中心 面对数据中心達勃发展、绿色低碳要求，华为与全球数据中心行 业领袖和技术专家展开了深入广泛的研讨，并达成重要共识，总 结出下一代数据中心四大特征为低碳共生、融合极简、自动驾 驶、安全可靠。 1.低碳共生：面对高能耗、高资源消耗的挑战，数据中心发展的 与自然社会互利的新型共生关系； 2.融合极简：应对数据中心规模变大及复杂度提升，通过融合硬 件设备，实现架构和关键子系统极简； 3.自动驾驶：应对海量数据中心的运维和运营挑战，借助数字化 和AI技术，实现基础设施的自动驾驶； 4.安全可靠：可靠运行是数据中心的基石，通过模块化亢余架构 和AI主动预防等手段，从部件、设备、系统各层面全方位地 保障数据中心的安全可靠， 下一代数据中心白皮书 下一代数据中心 06 2.1 低碳共生 回顾全球现代化发展历程，人类已 全绿色：源头绿色化，与自然共生 经完成了从“蒸汽时代”、“电气时 代”到“信息化时代”的三次工业 革命。前三次工业革命主要依赖化 绿色发展成为全球共识，它是以绿色低碳循环为主的新型可持续发展模式， 石能源，经济快速增长的同时， 是指在保持经济持续增长的同时，减少对自然环境的损害或者能同时改进自然 氧化碳排放也呈指数级增加，引发 资源的状况。 全球气候变化问题，为人类社会生 存与发展带来巨大挑战。 结合绿色发展的理念，下一代数据中心建设首先要从源头实现绿色化。 下一代数据中心将是全绿色、全高 效、全回收的数据中心。 电： 水： 电力输入侧将规模使用绿电，就近 水资源的消耗，需要尽量减少清洁 消纳本地光电、风电、水电等绿色 水的使用，替而代之使用回收水， 电力，减少火力发电使用，“解绑” 甚至不用水。全球很多地区的水资 化石能源依赖。同时在数据中心园 源越来越紧缺，数据中心更要节约 区部署分布式光伏，充分利用园区 宝贵水资源。例如，中国乌兰察布 屋顶及土地资源，部署分布式光伏， 市已经禁止数据中心企业使用地下 可以降低数据中心碳排放1~2%。 水冷却降温。 00 土地: 气候： 数据中心建设将集约化利用土地资 数据中心要多利用自然冷源，一方 源，在数据中心规模越来越大的背 面选择气候适宜的区域，另一方面 景下，能够最大化发挥土地价值， 可以通过技术手段（比如提高进出 让每一平方土地产生更多算力。 风温度、扩大温差），进而更大程度 使用自然冷源。 通过资源源头的绿色化，实现数据中心与自然的和谐共生。 下一代数据中心白皮书 07 下一代数据中心 全高效：PUE→xUE，评价体系从单指标到多指标 自2007年绿色网格组织（TheGreenGrid）提出 在一定的市电容量情况下，不同的方案能够部署的IT机 “PUE”作为衡量数据中心电能效率的指标以来，它已逐 柜数量也是不同的。 渐被业界广泛接受、认可和使用。但单纯的PUE无法完 整地反映数据中心的资源利用状况。比如即使是同样的 因此，资源是否得到高效利用，其评价体系应该从唯 PUE，火电和绿电所导致的碳排放量是完全不同的，冷冻 PUE论走向xUE，即包含CUE、PUE、WUE、GUE等多 水系统和间接蒸发冷却系统所消耗的水资源也是不同的。 维的评价体系。 C02 CUE (Carbon Usage Effectiveness) WUE（WaterUsageEffectiveness） GUE（Grid Usage Effectiveness) 碳使用效率 水资源利用率 出电率 是可量化的数据中心碳排放指标， 是衡量数据中心IT设备制冷时耗水 是衡量市电容量一定的情况下可以 用于衡量数据中心的碳排放量。使 量的指标，通过这个指标可以用来 部署IT设备最大数量的指标。通过 用不同能源产生的碳排放量不同， 约束耗水量大的方案和产品。 这个指标，可以促进整个行业优化 比如燃煤每干瓦时碳排放为1023克 产品，进而能够部署更多的IT设备。 二氧化碳，光伏每干瓦时碳排放仅 为30克，因此在数据中心使用不同 来源的电，其CUE大相径庭。 不同的区域不同的行业，对相应的指标关注度是